ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA I NGENIERIA EN ELECTRICIDA EL ECTRICIDAD D Y COMPUTACION LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA GENERALIDADES Este es un curso fundamental del pensum en Ingeniería en Electricidad y Computación para las especializaciones de Potencia y Electrónica Industrial. Las clases se imparten en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica de la Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación de la Escuela Superior Politécnica del Litoral. El curso de Maquinaria Eléctrica II es correquisito del laboratorio de Maquinaria. TEXTO.The Laboratory Machine (ULM) Instruction Book, Hampden. Console Instructions for ULM Hampden Bulletin 120 CI. Hampden Bulletin 120 EX.-VT. EX.-VT. Hampden Bulletin 120.-CI. Hampden Instruction Book IEEE Standard Test Code for direct current machines. Máquinas Eléctricas de corriente continua, M. Liwschitz.- G. Clyde C. Whipple Teoria de las Máquinas de corriente alterna, Alexander Langsdorf. Principios de las Máquinas de corriente continua, Alexander Langsdorf. Máquinas Eléctricas de corriente alterna, M. Liwschitz.- G. Clyde C. Whipple. Manual de Transformadores, General Electric. • • • • • • • • • • •
PROGRAMA RESUMIDO.Pruebas y conexiones monofásicas y trifásicas en transformadores. t ransformadores. Pruebas y características en máquinas de corriente continua. Pruebas y características en máquinas de corriente alterna tipo inducción. Pruebas y características en máquinas de corriente alterna tipo sincrónico. • • • •
OBJETIVOS.Dar a conocer al estudiante la operación y pruebas más comunes que se realizan en los transformadores, las máquinas de corriente continua, máquinas de corriente alterna de inducción y máquinas sincrónicas. METODOLOGIA DEL CURSO.La asignatura Laboratorio de Maquinaria Eléctrica es de orientación netamente práctica, por lo que sus sesiones se realizan en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica.
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POLITICAS QUE RIGEN EN EL LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA • •
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La asistencia a todas las sesiones del Laboratorio es obligatoria. Si por cualquier motivo el estudiante falta a una o más sesiones de Laboratorio, su calificación es de cero en esas prácticas. La inasistencia al 25% o más del número total de prácticas ocasionará automáticamente la pérdida del curso. Si el estudiante falta por motivos de enfermedad o calamidad doméstica, debidamente comprobadas, se le permitirá la recuperación de una sola práctica. El estudiante puede ingresar al Laboratorio hasta con un atraso máximo de 10 minutos de la hora hora esta establ bleci ecida da en los los hora horari rios os.. Pasa Pasado doss los los 10 minu minuto toss se cons consid ider erar aráá automáticamente inasistencia, el estudiante no podrá asistir a esa práctica. Previo al inicio de cada práctica, el estudiante debe entregar al profesor un reporte teórico, donde conste el objetivo de la experiencia, el fundamento teórico necesario para realizar la práctica, gráficos explicativos, conexiones, equipos de medición necesarios, etc. Si el estudiante no entrega el reporte teórico, no podrá realizar la práctica. Al inicio de cada práctica se tomará una lección escrita sobre aspectos relativos a la práctica. La parte analítica del reporte, esto es: cuadros de datos con las mediciones, (obtenidos durante las prácticas), curvas, conexiones físicas de equipos, cableado e instrumentos, cálcul cálculos, os, contes contestac tación ión a pregun preguntas tas,, observ observaci acione oness y recome recomenda ndacio ciones nes;; debe debe ser entregada al inicio de la siguiente práctica. Por cada día de atraso se rebajara el 25% de la nota correspondiente. Los reportes analíticos se aceptarán hasta un máximo de tres días hábiles de atraso, a partir de dicha fecha los reportes no podrán ser aceptados.
DE LAS CALIFICACIONES.La nota de Laboratorio de Maquinaria se divide en: Reporte Teórico (15%) Reporte Analítico (20%) Lección, preparación, desempeño y contribución con la práctica (30%) Proyecto/ Examen (35%) • • • •
DE LOS REPORTES DE LABORATORIO.Los reportes, tanto el teórico como el analítico, deben ser suficientemente claros y concisos para no dejar duda concerniente al procedimiento e interpretación de los resultados, toda información obtenida en el laboratorio debe ser tabulada, adjuntando •
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los cálculos que hayan sido necesarios, así como los diagramas de conexiones físicas entre equipos e instrumentos. Algunas de las guías de práctica formulan preguntas que deben ser contestadas con una explicación clara y concreta.
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En los reportes se sugiere el siguiente formato: a) Caratula: Nombre del Laboratorio Paralelo Nombre del Estudiante Integrantes del Grupo Título Número de la Práctica Fecha de entrega del informe Nombre del Profesor • • • • • • • •
b) Contenido •
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Objetivos de la Práctica Lista de equipos usados Diagrama de los circuitos que se utilizan en el experimento Breve Breve expli explicac cación ión del proce procedim dimie iento nto seguid seguidoo en la ejecu ejecució ciónn de la práctica Datos experimentales obtenidos Gráficos Cálculos realizados y formulario utilizado Contestaciones a las preguntas formuladas Conclusiones y comentarios finales Bibliografía
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA I NGENIERIA EN ELECTRICIDA EL ECTRICIDAD D Y COMPUTACION LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA OBJETIVOS DE CADA PRÁCTICA PRÁCTICA 1 INTRODUCCIÓN Y FAMILIARIZACIÓN CON INSTRUMENTOS Y EQUIPOS •
Familiarizar a los estudiantes con los equipos, instrumentos de medición e instalaciones eléctricas que existen en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica.
PRÁCTICA 2 CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS DEL TRANSFORMADOR • •
Determinar la polaridad y relación de transformación del transformador. Realizar la prueba vacio y cortocircuito para determinar el circuito equivalente del transformador. transformador.
PRÁCTICA 3 CONEXIONES MONOFÁSICAS Y TRIFÁSICAS DE TRANSFORMADORES •
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Realizar conexiones de transformadores monofásicos en circuitos monofásicos en serie y paralelo. Realizar Realizar conexiones conexiones trifásicas trifásicas de transformad transformadores ores monofásico monofásicos. s. Diagramas Diagramas fasoriales.
PRÁCTICA 4 TRANSFORMADORES DE FASES Y AUTOTRANSFORMADOR •
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Rea Reali liza zarr tran transsform formac acio ionnes de fas fases por por medio edio de con conexio exione ness de transformadores monofásicos. Operar el transformador monofásico como autotransformador. autotransformador.
PRÁCTICA 5 GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA
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Determina la relación entre la dirección de rotación del flujo de campo con la polaridad del voltaje de salida de un generador c.c. Estudiar la relación entre el voltaje en vacio y la corriente de campo en un generador separadamente excitado (curva de saturación de un generador separadamente excitado). Obtener las características interna y externa del generador de c.c
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PRÁCTICA 6 OPERACIÓN DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA: GENERADOR SERIE Y MOTORES • • • •
Operar un Generador Serie y obtener su curva de regulación de voltaje. Dirección de rotación de un motor compuesto largo. Control de velocidad del motor c.c por flujo variable. Control de velocidad del motor de c.c por voltaje de armadura variable.
PRÁCTICA 7 PARAMETROS DE LA MÁQUINA TRIFASICA ASINCRÓNICA O DE INDUCCIÓN •
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Familiarizarse con la maquina trifásica de inducción. Tipos de maquinas y rotores. Pruebas de vacío y rotor bloqueado para determinar los parámetro de la máquina de inducción. Relación de transformación en un motor de inducción de rotor devanado. Construir un diagrama de círculo de la máquina de inducción (reporte).
PRÁCTICA 8 MÁQUINA TRIFASICA ASINCRONICA COMO GENERADOR •
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Funcionamiento como generador de inducción conectado a una barra infinita. Operación del generador de inducción en forma independiente con capacitores: 5
Paralelo Paralelo y Serie PRÁCTICA 9 OPERACIÓN DEL MOTOR TRIFASICO DE INDUCCIÓN • •
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Métodos de arranque del motor de inducción. Control de velocidad del motor de inducción por resistencia rotóricas. Operación como motor de inducción con voltaje aplicado al rotor. Medición del aislamiento de los devanados.
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PRÁCTICA 10 MÁQUINA SINCRÓNICA: PARÁMETROS Y OPERACIÓN • •
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Determine los parámetros de la maquina sincrónica. Obtener las curvas de: saturación, corto circuito, curva de carga de factor de potencia cero. Construir el triangulo de Potier. Calcular las reactancias de dispersión, y sincrónicas de eje directo y eje en cuadratura. Determinar la RCC saturada y no saturada. Procedimiento para el arranque de un motor sincrónico Obtener las curvas V de un motor sincrónico en vacio
PRÁCTICA 11 SINCRONIZACION DE GENERADORES •
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Control de frecuencia y voltaje en un generador síncrono independiente con carga Conexión en paralelo de dos generadores. Conexión de equipos de sincronización. Reparto de carga, control de P y Q. Sincronización de generadores con la barra infinita. Reparto de carga, control de P y Q. 6
PROYECTO FINAL
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PRÁCTICA # 1 INTRODUCCIÓN Y FAMILIARIZACIÓN CON INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DEL LABORATORIO DE MAQUINARIA ELÉCTRICA OBJETIVO.Familia Familiariz rizar ar a los estudi estudiant antes es con los equipo equipos, s, instrum instrument entos os de medici medición ón e instal instalaci acione oness eléctricas que existen en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica PROCEDIMIENTO.a) Realizar Realizar el levantamien levantamiento to de las instalacion instalaciones es eléctricas eléctricas del laborator laboratorio io de Maquinaria Maquinaria Eléctrica. b) Anotar Anotar detalladamente detalladamente los los datos de placa placa y característica característicass de los equipos equipos e instrumentos instrumentos de medición (Instrumentos de medición serán entregado a cada grupo, los cuales utilizaran durante todo el semestre y deberán ser mantenidos en excelente estado).
c) Familiarizarse con la Maquina Universal Hampden (Universal Laboratory Machine ULM): •
Considera Considerando ndo que en esta máquina máquina se realizan realizan muchas de las prácticas prácticas de este curso, el estudiante debe tener un buen conocimiento de las características de
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diseño de la ULM, las facilidades que presta y la operación de los equipos de la consola. •
Conectar la maquina universal a la fuente de alimentación.
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Conectar el interruptor principal de la maquina universal. Para el sistema de alimentación variable de corriente alterna, medir como mínimo tres valores de voltaje entre fases y entre fase y neutro.
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Para el sistema de alimentación fijo de corriente continua, medir por lo menos 3 valores de voltaje continuo.
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Determinar el valor máximo de:
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Reóstato de campo de la maquina universal. Reós eóstato tato del roto otor deva devannado ado . Reóstato de campo del dinamómetro.
d) Medición de potencia trifásica utilizando el método de los dos vatímetros para una carga continua RLC trifásica, completar la tabla # 1
TABLA # 1 Tipo de Carga
Intensidad
Voltaje
Resistiva Resistiva Resistiva Resistiva-Inductiva Resistiva-Inductiva Resistiva-Inductiva Resistiva Capacitiva Resistiva Capacitiva Resistiva Capacitiva
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Vatímetro 1
Vatímetro 2
Cos Φ
REPORTE.-
1. Mostrar las diferentes maneras de representar los elementos en un diagrama unifilar. 2. Analizar el sistema de alimentación del Laboratorio de Maquinaria Eléctrica (dibujar el diagrama unifilar). 3. Indicar los datos de placa de las principales maquinas del Laboratorio. 4. Indicar Indicar las principales principales característ características icas de los equipos equipos de medición. medición. 5. Indicar Indicar los elementos elementos y accesorios accesorios de la ULM (dibuja (dibujarr diagrama) diagrama) PREGUNTAS.-
1. Indicar el número de ranuras del estator y rotor de los l os grupos KATO. KATO. 2. Indicar los valores nominales de la máquina universal ULM cuando funciona como:
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Máquina de corriente continua.
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Máquina de corriente alterna.
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Valores nominales del dinamómetro. dina mómetro.
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA I NGENIERIA EN ELECTRICIDA EL ECTRICIDAD D Y COMPUTACION LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 2 CARACTERISTICAS Y PARAMETROS DEL TRANSFORMADOR OBJETIVO.1. Determinar Determinar la la polaridad polaridad y relación relación de transformaci transformación ón del transformad transformador or
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2. Realiz Realizar ar la prueba prueba vacio vacio y cortoc cortocirc ircuit uitoo para para determ determina inarr el circuito circuito equival equivalent entee del transformador.
EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS • • • • • • • •
2 Maquinas Universales Hampdem 1 Variac 1 Osciloscopio 1 Vatímetro 2 Voltímetros 1 Amperímetro de gancho 1 Banco de resistencias Cables
TEORIA:
Polaridad Aditiva: La pola polari rida dad d posi positi tiva va se da cuan cuando do en un trans transfo form rmad ador or el bobi bobina nado do secundario está arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. Los terminales “H1” y “X1” están cruzados. Polaridad Sustractiva: La polarid polaridad ad sustract sustractiva iva se da cuando cuando en un transf transform ormador ador el bobina bobinado do secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario. Esto hace que los flujos flujos de los dos bobinados bobinados giren en sentidos sentidos opuestos y se resten.
Los terminales “H1” y “X1” están en línea.
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Polaridad Aditiva Sustractiva
Polaridad
Como determinar la polaridad de un transformador
Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los los term termin inal ales es del del lado lado izqu izquie ierd rdo o del del tran transf sfor orma mado dorr y se colo coloca ca un volt voltím ímet etro ro entr entre e los los term termin inale aless del del lado lado dere derech cho o del del mismo mismo,, lueg luego o se alime aliment nta a del del bobi bobina nado do prima primari rio o con con un valo valorr de voltaje (Vx) (Vx).. Ver el diagrama. Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo. Prueba de Circuito Abierto
Cons Consis iste te en alim alimen enta tarr por por uno uno de los los deva devana nado doss la tensión tensión nominal nominal, permaneciendo el otro devanado en circuito abierto. Es recomendable recomendable realizar realizar esta prueba alimentando alimentando por baja tensión tensión por el valor de tensión que se aplica y la magnitud de corriente de vacío (corriente de excitación), que circula, cuya componente de magnetización induce un voltaje de valor alto, peligroso para terceras personas, razón por la cual se debe tener mucha precaución Nuestros parámetros nos quedan:
Es válido mencionar que Im se calcula con la siguiente ecuación
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Prueba de Corto Circuito
Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal nominal por el circuito. circuito. En este caso no se toma la rama de magnetización, magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales en los embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el lado de alto voltaje (para que la corriente sea más pequeña).
Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente.
Si V1 = V2, podemos decir que:
Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en función del enrrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos. 12
PROCEDIMIENTO.Utilizar un transformador del banco de transformadores de la mesa HAMPDEN. Cada uno de los transformadores tiene los siguientes valores nominales: Potencia 1KVA Voltajes 240/120 voltios Frecuencia 60 HZ
a. Realic Realicee las conexi conexione oness necesa necesaria riass en las bobina bobinass del primar primario io y secund secundari arioo del tran transf sfor orma mado dorr para para dete determ rmin inar ar la pola polari rida dadd (REA (REALI LIZA ZAR R DIAG DIAGRA RAMA MA DE CONEXIONES). b. Medición de los voltajes de cada uno de los segmentos de las bobinas de alta y de baja tensión, cálculo de la relación de transformación y del porcentaje de cada tap del transformador. •
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Aplicar voltaje nominal al devanado de alta tensión y medir los voltajes en los diferentes terminales del lado de baja tensión. Aplicar voltaje nominal al devanado de baja tensión y medir la tensión inducida en los diferentes terminales de alta tensión.
c. Prueba Prueba de circuito circuito abierto abierto – medición medición de de la corrie corriente nte de de excitación excitación Aplicar voltaje nominal al devanado de baja tensión sin conectar ninguna carga en el devanado de alta tensión. Medir tensión, tensión, corriente corriente y potencia en los devanados devanados de baja tensión. tensión. Medir también con corriente directa la resistencia del arrollamiento excitado. Aplicar voltaje nominal al devanado de alta tensión sin conectar ninguna carga en el devanado de baja tensión. Medir tensión, corriente y potencia en los devanados de alta tensión. Medir también con corriente directa la resistencia del arrollamiento excitado.
d. .Prueba de corto circuito Aplicar tensión reducida al arrollamiento de alta tensión, con el arrollamiento de baja tensión en corto circuito, hasta que la corriente de corto circuito sea igual a la de corriente de plena carga. Medir tensión, corriente y potencia en el devanado de alta tensión.
REPORTE.Realizar el diagrama de las bobinas del transformador, indicando el porcentaje de cada TAP, tanto en el devanado de alta tensión como en el devanado de baja tensión. Adjuntar tabla de datos experimentales. Calcular la relación de transformación.
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Realizar el diagrama de las bobinas del transformador, indicando la polaridad de cada bobina de alta y de baja tensión. Adjuntar datos experimentales y diagrama de conexión de la prueba. Calcular los parámetros del transformador. Adjuntar diagrama de conexiones para cada prueba, datos experimentales, formulas utilizadas para el cálculo, cálculo de los parámetros, dibujar el circuito equivalente del transformador. transformador.
PREGUNTAS.-
1. La pol polari aridad dad obt obteni enida da en el presen presente te experim experiment entoo para para el transf transform ormado adorr utiliz utilizado ado cumple con las normas establecida (comparar con la identificación dada a los terminales de las bobinas del transformador). 2. Cuál Cuál es el valor valor de la corrient corrientee de excitació excitaciónn en porcenta porcentaje je e indicar indicar si cumple con con el rango establecido por normas. 3. Con los datos obtenid obtenidos os en la experie experiencia ncia calcular calcular el porcen porcentaje taje de regulac regulación. ión. 4. Con los datos obtenid obtenidos os en la experie experiencia ncia calcular calcular la eficien eficiencia cia de regulaci regulación. ón. 5. Calcular Calcular el circuito circuito equivalente equivalente con con las cantidades cantidades referid referidas as al primario primario y al secundario secundario..
6. ¿Cómo sabemos que la polaridad es sustractiva o aditiva? 7. ¿Cuándo se considera considera alta tensión y cuando baja tensión? tensión?
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FACULT ACULTAD DE INGENIERIA I NGENIERIA EN ELECTRICIDA EL ECTRICIDAD D Y COMPUTACION LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 3 CONEXIONES MONOFASICAS Y TRIFASICAS DE TRANSFORMADOR OBJETIVO.1. Realizar Realizar conexiones conexiones de transfo transformado rmadores res monofásic monofásicos os en circuitos circuitos monofási monofásicos cos en serie y paralelo 2. Realizar conexiones trifásicas de transformadores monofásicos. Diagramas fasoriales
TEORIA:
Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin sin que que se prod produz uzca ca reacc eacció ión n o inte interf rfer eren enci cia a algu alguna na entr entre e los los fluj flujos os respectivos. Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases,
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CONEXIÓ CONE XIÓN N DELTA-DEL DELTA-DELTA: TA:
CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA ESTRELLA-ESTRELLA
Conexión Estrella-Estrella desfasado 0°
Conexión Estrella-Estrella desfasado 180°
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CONEXIÓN T
CONEXIÓN DELTA ABIERTO
PRIMARIO EN ESTRELLA E STRELLA ABIERTA ABIERTA – SECUNDARIO SECU NDARIO EN DEL D ELTA TA ABIERTA ABIERTA
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TABLA DE CONEXIONES DE TRANSFORMADORES
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PROCEDIMIENTO.Los estudiantes deben traer los diagramas de todas las conexiones a realizar
1. Conexiones monofásicas de los transformadores transformadores •
Conectar a voltaje nominal las bobinas de alta tensión en serie
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Conectar las bobinas de baja tensión en serio y medir el voltaje en el secundario
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Conectar las bobinas de baja tensión en serie, poner el punto medio de la bobina de baja tensión a tierra y medir el voltaje en el secundario. Conectar las bobinas de baja tensión en paralelo y medir el voltaje en el secundario
2. Conectar a voltaje nominal las bobinas de alta tensión en paralelo. •
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Conectar las bobinas de baja tensión en serie y medir el voltaje en el secundario. Conectar las bobinas de baja tensión en serie, poner el punto medio de la bobina de baja tensión a tierra y medir el voltaje en el secundario. Conectar las bobinas de baja tensión en paralelo y medir el voltaje en el secundario.
3. Conectar Conectar los tres tres transform transformadore adoress del banco banco de transforma transformadores dores HAMPDEN HAMPDEN para para operar operar en paralelo, colocar una carga resistiva en el secundario, medir tensión, corriente en alta y baja tensión en cada transformador y en la carga. 4. Conexiones Conexiones de de los transform transformadore adoress monofásic monofásicos os en circuitos circuitos trifásicos trifásicos • • •
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Primario y secundario en estrella, desfasamiento 0º y 180º. Primario y secundario en delta, desfasamiento 0º y 180º. Primario y secundario en delta (el punto medio del secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 0º y 180º. Primario en estrella, secundario en delta desfasamiento 30 º y 210º. Prim Primar ario io en estr estrel ella la,, secu secund ndar ario io en delt deltaa (el (el punt puntoo medi medioo del del secu secund ndar ario io de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 30º. Primario en delta, secundario en estrella, desfasamiento 30º y 210º. Primario y secundario en delta abierto, desfasamiento 0º y 180º. Primario y secundario en delta abierta (el punto medio del secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 0º y 180º. Primario en estrella abierta, secundario en delta abierta, desfasamiento 30º y 210º. Primario Primario en estrella estrella abierta, secundario secundario en delta abierta abierta (el punto medio del secundario secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 30º y 210º. Primario y Secundario en “T”.
REPORTE.Para las conexiones monofásicas de los transformadores, presentar los diagramas y los valores experimentales.
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Para Para tod todas as las conexi conexione oness trifás trifásica icass de los transf transform ormado adores res,, prese presenta ntarr los diagram diagramas as de conexión, los diagramas fasoriales que justifiquen el desfasamiento y los datos experimentales. PREGUNTA.Indicar si en la conexión delta abierto-delta abierto, se cumple con lo manifestador con el 86.66% de la capacidad útil de los dos transformadores De un ejemplo en donde se usa cada una de las conexiones revisadas en la práctica.
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA I NGENIERIA EN ELECTRICIDA EL ECTRICIDAD D Y COMPUTACION LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 4 TRANSFORMACIÓN DE FASES Y AUTOTRANSFORMADOR OBJETIVO.1. Real Realiz izar ar tran transf sform ormac acio ione ness de fase fasess por por medi medioo de cone conexi xion ones es de tran transf sform ormad ador ores es monofásicos. 2. Operar Operar el transf transformad ormador or monofás monofásico ico como como autotran autotransforma sformador dor..
PROCEDIMIENTO.Los estudiantes deben traer los diagramas diagra mas de conexiones de los transformadores
1. Transformación de fases: Conexión en estrella interconectada en Zigzag. Transformación trifásica a bifásica. Transformación trifásica a hexafásica. Conexiones doble delta. Conexiones doble estrella. Conexión diametral. • • • • • •
2. Auto Autotr tran ansf sfor orma mado dor: r: Conexi Conexione oness para para tener tener un autotr autotrans ansform formado adorr elevad elevador or (utiliz (utilizar ar transf transform ormado adores res monofásicos). Cone Conexi xion ones es para para tene tenerr un auto autotr tran ansf sform ormad ador or redu reduct ctor or (uti (utiliz lizar ar tran transf sform ormad ador or monofásico). Conexiones Conexiones para tener un banco autotransfo autotransformado rmadorr elevador trifásico trifásico en Y (utilizar (utilizar autotransformador monofásico). •
•
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TEORÍA: Autotransformador Los autotra autotransf nsform ormado adores res funcio funcionan nan basados basados en el pri princi ncipio pio de cam campos pos magné mag néti tico coss va varia riant ntes es en el ti tiem empo po,, por por lo que tampo ampoco co pued pueden en ser ser utilizados en circuitos de corriente continua. continua . La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acopla acoplamiento miento magné magnético tico (como (como en un transf transform ormador ador común) y la conexión galvánica entre los dos circuitos (a través de la toma común). Por esta razón, un autotransformador resulta en un aparato más 21
compacto compacto (y a menudo más económico) económico) que un transformad transformador or de la misma pote potenc ncia ia y volt voltaj ajes es nomi nomina nale les. s. De igua iguall mane manera ra,, un tran transf sfor orma mado dorr incre increment menta a su capaci capacidad dad de transfe transferir rir potenc potencia ia al ser conect conectado ado como como autotransformador. La relación de transformaci transformación ón de un autotransformador autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie + común) y el número de vueltas del devanado común. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener un voltaje de salida (en el devanado "común") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). En sistemas de distribución rural, donde las distancias son largas, se pueden utilizar utilizar autotransfor autotransformador madores es especiales especiales con relaciones relaciones alrededor alrededor de 1:1, apr aprovec ovecha hand ndo o la multi ultipl plic icid idad ad de toma tomass para para vari variar ar el volt voltaj aje e de alim alimen entac tació ión n y así así comp compen ensar sar las las apre apreci ciab ables les caíd caídas as de tens tensió ión n en los los extremos de la línea. Se utilizan autotransformadores también como método de arranque suave para motores de inducción tipo jaula de ardilla, ardilla, los cuales se caracterizan por demandar una alta corriente durante el arranque.
CONEXIÓN EN ZIG - ZAG
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CONEXIÓN DIAMETRAL:
CONEXIÓN DOBLE ESTRELLA:
REPORTE.• •
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Realizar el análisis de las conexiones realizadas en las transformaciones de fases. Pres Presen enta tarr diag diagra rama ma de cone conexi xion ones es,, diag diagra rama mass faso fasori rial ales es y tabl tablaa de dato datoss experimentales. Rea Reali liza zarr el anál anális isis is com comparat arativ ivoo entr entree el tran transsform formad adoor mono onofás fásico ico y el autotransformador.
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Pres Presen enta tarr diag diagra rama ma de cone conexi xion ones es,, diag diagra rama mass faso fasori rial ales es y tabl tablaa de dato datoss experimentales.
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA I NGENIERIA EN ELECTRICIDA EL ECTRICIDAD D Y COMPUTACION LABORATORIO LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 5 GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA OBJETIVO.Determina la relación entre la dirección de rotación del flujo de campo con la polaridad del voltaje de salida de un generador c.c Estudiar la relación entre el voltaje en vacio y la corriente de campo en un generador separadamente excitado (curva de saturación de un generador separadamente excitado). Obtener las características interna y externa del generador de c.c •
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EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS.•
1 Máquina Universal del Laboratorio
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1 Voltímetro
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1 Amperímetro
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1 Tacómetro
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1 Variac
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Cables de conexión de diversos tipos
PROCEDIMIENTO.1.- Determine polaridad del voltaje de salida en un generador de c.c •
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Conecte la maquina universal para operar como un motor de inducción trifásico tipo jaula de ardilla (usar el PLUG 3, poner las escobillas en la posición “UP”, cortocircuitar los terminales ABC del rotor y alimentar al motor con 208 voltios trifásicos). Arranque el motor de inducción, el cual girara aproximadamente a 3600 RPM en dirección dirección contraria contraria a la agujas del reloj tomando como referencia el extremo extremo donde se
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encuentran los anillos deslizantes de la maquina universal, de no ser así pare la maquina e intercambie dos terminales de alimentación al motor de inducción. Mida el voltaje de corriente continua a través de los terminales de la armadura del dinamómetro (A – AA). Este voltaje es debido solamente al flujo residual. Anote la magnitud y polaridad de este voltaje. Conecte la bobina de campo paralelo ( X – XX) en serie con c on el reóstato de campo (en su máximo valor) y todo esto en paralelo con la armadura del dinamómetro. Lentamente reduzca el valor de la resistencia. Si el voltaje comienza a decrecer invierta las conexiones conexiones del campo paralelo paralelo y continúe continúe reduciendo reduciendo la resistenci resistenciaa del reóstato reóstato de campo. Ajuste el reóstato de campo para el voltaje generado sea de 110 voltios c.c anote las conexiones y la polaridad. Pare la maquina universal e invierta la dirección de potación intercambiando dos terminales de alimentación del motor de inducción. Desconecte la bobina de campo paralelo del dinamómetro. Arranque el motor de inducción y anote la magnitud y polaridad del voltaje de armadura para esta dirección de rotación. A fin de incrementar el voltaje generado con este sentido de rotación será necesario invertir las conexiones entre la armadura y el campo establecidas en el literal d. haga las conexiones y reduzca el valor de la resistencia, anote la polaridad y las conexiones. Es algunas veces necesarios cambiar la polaridad sin cambiar la dirección de rotación, tal sería el caso de si el generador generador estuviese estuviese acoplado acoplado a un primo motor no reversible reversible.. Esto puede ser hecho si el flujo residual es invertido por medio de la restitución del campo, para lo cual se conecta directamente. Por 30 segundos, una fuente de 110 voltios a la bobi bobina na de campo campo,, de mane manera ra que que el camp campoo teng tengaa pola polari rida dadd inve invers rsaa a las las especificadas en 1.6. Haga las conexiones usadas en 1.4 y arranque la máquina de inducción. Anota la nueva polaridad y conexión.
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2.- Obtener la curva de saturación de un generador separadamente excitado. •
Conectar el dinamómetro para que opere como un motor paralelo, como indica la figura.
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Ajustar el reóstato de campo del dinamómetro (motor) a su minina resistencia. Conectar la maquina universal para que opere como generador separadamente excitado, como indica la figura (usar PLUG 10, poner las escobillas en posición “2 DOWN”)
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Ajustar el reóstato de campo del generado (maquina universal) a su máxima resistencia.
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Arrancar el motor y ajustar su velocidad a 2400 RPM
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Incremente la corriente de campo del generador separadamente excitado desde cero hasta 10 amperios en aproximadamente 10 pasos (por medio del reóstato de campo), luego disminuya la corriente nuevamente a cero amperios en 10 pasos. Para cada paso, anote el voltaje de salida y la corriente de campo del generado en la tabla 1 CURVA DE SATURACIÓN
Voltaje de salida Corrient e de Campo
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3.- Obtener la característica interna y externa del generador separadamente excitado •
Mantenga los pasos 2.1 al 2.5
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Incremente la corriente de campo del generador a 6 amperios mediante la variación de la resistencia de campo El voltaje de salida será aproximadamente 110 voltios Cargue el generador de 0 a 12 amperios. Anote para cada paso de carga el voltaje terminal y la corriente de carga en la tabla 2. El dinamómetro debe ser ajustado para mantener constante los 2400 r.p m TABLA 2
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Repetir el paso 3.2 para una corriente corriente de campo del generador de 9 amperios.
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Anotar los datos obtenidos en el paso 3.4 de la tabla 3
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Mientr Mientras as la maquin maquinaa está está calien caliente te medir medir la resist resistenc encia ia del circui circuito to de armadur armaduraa (incluyendo los interpolos).
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TABLA 3
Resistencia de armadura =
REPORTE.-
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Con los datos de la Tabla 1 grafique la corriente de campo vs el voltaje generado. Analice la curva, compárela con o que se esperaría considerando los fundamentos teóricos Con los datos de la tabla 2 grafique las curvas Vt vs I para n =2400 rpm If= 6 ; y E vs Ii para n = 2400 rpm If = 6 Con los datos de la tabla 3 grafique las curvas Vt vs I para n =2400 rpm If= 9 ; y E vs Ii para n = 2400 rpm If = 9
PREGUNTAS.•
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¿Si los polos pierden su magnetismo residual, como co mo puede ser restaurado? ¿Qué efecto se tendría sobre la curva de saturación, si la velocidad fuera de 3000 rpm, en lugar de 2400 rpm Explique porque razón la curva de saturación tiene esa forma Refiriéndose a las curvas graficadas de las tablas 2 y 3, explique porque una curva es la característica externa y la otra la característica interna. ¿Qué compensación puede un generador de excitación separada tener para mejorar la regulación de voltaje y la conmutación? ¿Por qué? ¿Qué corriente de campo, alta o baja, da una mejor regulación de voltaje en un generador separadamente excitado? ¿Por qué? ¿Cómo calcularía el porcentaje de regulación?
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI A EN ELECTRICIDAD ELECTRICID AD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 6 OPERACIÓN DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA: GENERADOR SERIE Y MOTORES OBJETIVO.•
Operar un Generador Serie y obtener su curva de regulación de voltaje
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Dirección de rotación de un motor compuesto largo Control de velocidad del motor c.c por flujo variable Control de velocidad del motor de c.c por voltaje de armadura variable
EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS.•
1 Máquina Universal del Laboratorio
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1 Voltímetro
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1 Amperímetro
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1 Tacómetro
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1 Variac
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Cables de conexión de diversos tipos
TEORÍA.-
El motor motor de corrien corriente te contin continua ua es una máquina máquina que conviert convierte e la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no prod produc ucen en movi movimie mient nto o rota rotato tori rio, o, sino sino que que con con algu alguna nass modifi modificac cacio ione nes, s, ejer ejerce cen n trac tracci ción ón sobre sobre un riel. riel. Los Los moto motore ress se cono conoce cen n como como moto motore ress lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. Una Una máqui máquina na de corr corrie ient nte e cont contin inua ua (gen (genera erado dorr o moto motor) r) se comp compon one e prin princi cipa palme lment nte e de dos dos part partes, es, un esta estato torr que que da sopo soport rte e mecán mecánic ico o al aparato y tiene un hueco en el centro centro generalmente generalmente de forma cilíndrica. cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales. Fuerza contra electromotriz inducida en un motor
Es la tens ensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador. La
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polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada no hay fuerza contra electromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito. Número de escobillas
Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos Sentido de giro
El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina
PROCEDIMIENTO.1.- Curva de Regulación del Generador Serie •
Conecte el dinamómetro para que opere como un motor paralelo, como indica la figura.
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Ajuste el reóstato de campo del dinamómetro (motor) a su mínima resistencia.
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Conecte la maquina universal para que opere como un generador serie, como indica la figura (usar el PLUG 11, 11, poner las escobillas en posición posición “2 DOWN”) Arranque el motor y ajuste la velocidad a 2400 rpm Cargue el generador en 10 pasos de carga. Para cada paso de carga mida la corriente de carga y el voltaje terminal. El dinamómetro debe ser ajustado para mantener constante los 2400 rpm. Anote los datos obtenidos en la tabla 4
Desconecte el devanado de conmutación removiendo la conexión entre Q2 y 10, y añada una conexión entre Q2 y 7. Repita el paso 1.5 anote los datos obtenidos en la tabla 5
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TABLA 4. PRUEBA DE CARGA CON POLOS DE CONMUTACION
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VOLTAJE TERMINAL CORRIENTE DE CARGA TABLA 5. PRUEBA DE CARGA SIN POLOS DE CONMUTACION VOLTAJE TERMINAL CORRIENTE DE CARGA 2.- Relación entre la dirección del campo y la dirección de la corriente en la armadura con la dirección de rotación de un motor de corriente continua. •
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Conecte la maquina universal para que opere como un motor compuesto, como indica la figura (usar PLUG 10, conectar 2’ con 8’, poner las escobillas en e n posición “2DOWN”). Ajuste el reóstato a su mínimo valor de resistencia, arranque el motor y anote el sentido de rotación. Pare el motor e invierta las conexiones del campo paralelo (1 – 7) y el campo serie (2 – 8). Arranque el motor y anote el nuevo sentido de rotación. Pare el motor y reconecte el campo serie y el campo paralelo en su conexión original. Invierta las conexiones del circuito de armadura. El devanado de compensación (4, 10) es parte del circuito de armadura y deberá ser invertido con la armadura. Arranque el motor y anote el sentido de rotación.
3.- Control de velocidad del motor c.c por el flujo variable •
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Conecte la maquina universal para operar como motor paralelo, como muestra la figura (use PLUG 10 y la posición de las escobillas en 2 DOWN). Fije el reóstato de campo a su mínimo valor. Arranque la maquina universal y varie la corriente de campo de 9 amperios a 4 amperios y anote en la tabla 6 los valores de corriente de campo, velocidad y voltaje de armadura. TABLA 6 CONTROL DE CAMPO
Corriente de Campo Velocidad Voltaje
4.4.- Cont Contro roll de velo velocid cidad ad del del moto motorr c.c c.c por por volt voltaj aje e de arma armadu dura ra variable.
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Conecte la maquina universal para operar como motor paralelo, como muestra la figura del punto anterior (use el PLUG 10 y la posición de la escobilla en 2 DOWN), inserte en serie con el circuito de armadura las resistencias del banco de 3KW 110 Vdc (todas en la posición ON). Fije el reóstato de campo a su mínimo valor Arranque Arranque el motor, motor, y anote en la tabla 7 los siguientes siguientes valores: valores: Voltaje de armadura velocidad, corriente de campo para cada ocasión que una resistencia del banco de 3KW y 110 Vdc sea retirada.
TABLA # 7 CONTROL DE POSICION DE VOLTAJE DE ARMADURA Voltaje de Armadu ra Velocid ad Corrient e de Campo REPORTE.-
Curva de Regulación del Generador Serie Usando los datos de las tablas 4 y 5 dibuje las curvas de regulación de voltaje del generador serie, con polos de conmutación y sin polos de conmutación •
Sentido de rotación del motor compuesto Dibuje las conexiones de los pasos 2 en los tres primeros ítems e indique la dirección de rotación •
Característica de un motor compuesto Con Con los los dato datoss de las tabla tablass 4 y 5, dibuj dibuje e la veloc velocid idad ad,, volt voltaj aje e y corriente como ordenada versus torque de salida como abcisa, para los dos grados de compuesto. Analice la relación de las curvas con las ecuaciones fundamentales de velocidad y torque. Analice la diferencia en el comportamiento del motor para los dos grados de compuesto •
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Control de Velocidad 35
Con los datos de las tablas 6 y 7 dibuje la corriente de campo y el voltaje de armadura como ordenada vs la velocidad como abcisa. Analice los resultados PREGUNTAS.-
1. Explique el uso de los los generadores sobre bre compuesto y compuesto plano. 2. ¿Qué ¿Qué factor factores es de dise diseño ño y que que ajus ajuste te son nece necesa sario rioss para para el camp campo o seri serie e prod produz uzca ca los los efec efecto toss de sobr sobre, e, bajo bajo y plan plano o compuesto? 3. ¿Qué ¿Qué es un gene genera rado dorr comp compue uest sto o cort corto, o, comp compue uest sto o larg largo, o, compuesto acumulativo, compuesto diferencial? 4. Si la polaridad de la fuente de alimentación de un motor c.c. paralelo fuera invertida, cambiaria la dirección de rotación del motor. Explique 5. La corriente corriente que circula circula por por los conductor conductores es de la armadura armadura de una maquina de corriente continua de que tipo es (alterna o continua) explique su respuesta. 6. ¿Qué ¿Qué ocurriría ocurriría si el circuito circuito del campo campo de un motor motor paralelo paralelo se abriera súbitamente? 7. ¿Por ¿Por qué la veloci velocidad dad de un motor serie serie se incre incremen menta ta cuando cuando se reduce la carga? 8. ¿Por ¿Por qué un motor motor serie debe debe siempre siempre tener algo en la la carga?} carga?} 9. ¿Qué ¿Qué clase de aplicaci aplicacione oness son más apropia apropiadas das para para un motor motor serie?
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI A EN ELECTRICIDAD ELECTRICID AD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 7 PARAMETROS DE LA MAQUINA TRIFASICA ASINCRONICA O DE INDUCCION OBJETIVO.-
1. Familiarizarse amiliarizarse con la maquina maquina trifásica trifásica de inducc inducción. ión. Tipos Tipos de maquinas y rotores 2. Pruebas Pruebas de vacío vacío y rotor rotor bloqueado bloqueado para determ determinar inar los parámetr parámetro o de la máquina de inducción 3. Relación Relación de transformaci transformación ón en un motor motor de inducción inducción de rotor rotor devanado. 4. Construir Construir un diagrama de círculo círculo de de la máquina máquina de de inducción inducción (reporte). TEORIA:
De todas las máquinas máquinas eléctricas giratorias, la de inducción es la que más a menudo se utiliza. La característi característica ca que justifica justifica su popularidad popularidad se debe en mayoría a razones económicas, el motor de inducción es sencillo desde el punto de vista mecánico y por lo tanto económico, es resistente y por lo tanto necesita poco mantenimiento. Su comp compor orta tamie mient nto o se pued puede e ajus ajusta tarr a un gran gran númer número o de difer diferen ente tess cond condic icio ione ness de opera operaci ción ón por por medi medio o de camb cambio io de diseñ diseño o bast bastan ante tess sencillos. La máquina de inducción desde el punto de funcionamiento funcionamiento se divide en:
Motor de Inducción ampliamente usado
Generador de inducción poco usado.
Según el número de fases del sistema de alimentación:
Motor monofásico. 37
Motor polifásico, de los cuales los más utilizados son:
Bifásico (aplicaciones de sistemas de control)
Trifásico Trifásico (aplicaciones de sistemas industriales)
De acuerdo al tipo de rotor que utiliza
Jaula de ardilla Rotor devanado
Los motores motores monofásicos monofásicos poseen una clasificación clasificación adicional adicional,, el sistema de arranque:
Fase partida
Arranque capacitivo
Capacitor permanente
Repulsión
Polos sombreados
Paso
PROCEDIMIENTO.-
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Familiarización con la máquina de inducción Desacoplar la máquina de corriente alterna de la máquina de corriente continua del grupo motor –generador KATO. Realizar la inspección de los elementos constitutivos de la máquina de inducción y analizar las diferencias de los dos tipos de rotores que se utilizan en las maquinas de inducción. Analizar las diferentes conexiones de las bobinas del estator y sus correspondientes voltajes de funcionamiento. Realizar las pruebas de vacio ideal y de rotor bloqueado. Operar sin carga el motor de inducción (con el rotor jaula de ardilla) y medir el voltaje aplicado, la corriente de línea y la potencia de entrada. Con el rotor bloqueado, aplicar al estator tensión reducida hasta que la corriente en la línea sea igual a la corriente nominal del motor. Medir el voltaje aplicado, la corriente de línea y la potencia de entrada. Con la corriente continua, medir la resistencia del devanado del estator de la máquina de inducción. Cambiar la máquina de inducción de rotor jaula de ardilla a máquina de inducción de rotor devanado y realizar la prueba de relación de transformación (previamente deberá realizar el alineamiento del grupo motor – generador).
REPORTE.-
Presentar los diagramas de conexiones para las pruebas de vacío y rotor bloq bloque uead ado, o, dato datoss expe experi rime ment ntal ales es,, calc calcul ulo o de pará paráme metr tro o y for formula mulass utilizadas. Dibujar el circuito equivalente del motor de excitación con los parámetros calculados. Dibujar la curva torque- velocidad y determinar el torque máximo y a qué velocidad ocurre. Realizar un análisis comparativo de resultados experimentales y a los resultados teóricos Dibujar en una hoja A3 el diagrama de círculo del motor de inducción, indicando sus puntos más importantes
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI A EN ELECTRICIDAD ELECTRICID AD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 8 MÁQUINA TRIFASICA ASINCRÓNICA COMO GENERADOR OBJETIVO.-
1. Funcionamient uncionamiento o como generador generador de inducción inducción conectad conectado o a una barra barra infinita. 2. Operac Operación ión del gener generado adorr de inducci inducción ón en forma forma inde indepen pendien diente te con con capacitores: Paralelo Paralelo y Serie TEORIA: FUNCIONAMIENTO COMO GENERADOR: De acuerdo con la ecuación del deslizamiento, es posible un s negativo cuando n > n s. Ya que la máquina al girar como motor no puede alcanzar la velocidad uniforme n = ns, debe ser otra máquina la que lleve el rotor a una velocidad velocidad superior superior a ns. ns. Cuando Cuando s < 0, la P mdes viene a ser ser negativa negativa.. Esto significa que a velocidades supersíncronas el rotor no proporciona potencia
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sino sino que que consume esto es, es, la máqu máquin ina a consume potencia potencia mecánica mecánica, esto funciona como generador . De este modo un un motor de inducc inducción, ión, manejado manejado por por un prim primot otor or arri arriba ba de su velo veloci cida dad d sínc síncro rona na func funcio iona na como como un Este es un rasgo rasgo caract caracter eríst ístic ico o de todas todas las generado generadorr de inducción inducción. Este máquinas eléctricas que son capaces de funcionar como motor y como generador. mecánica
Ventajas:
Requiere poco mantenimiento y su construcción es más sencilla. Desventajas:
No se puede generar Potencia reactiva por sí sola. El Generador de Inducción tiene la posibilidad de trabajar aisladamente o puede trabajar en paralelo con Generadores Sincrónicos (éstos pueden darle la potencia reactiva para crear el flujo en la Máquina de inducción). PROCEDIMIENTO.Operar la máquina de inducción como un generado conectado a la barra infinita Acoplar la máquina de inducción jaula de ardilla (MIJA) con la máquina de corriente continua Arrancar la MIJA Operar la máquina de corriente continua como motor (verificar previamente que tenga el mismo sentido de giro de la MIJA) y hacerlo funcionar a velocidades superiores que la velocidad sincrónica del MIJA. Para diferentes velocidades en la MIJA medir: corriente, voltaje, potencia activa y reactiva. TABLA 1 VELOCIDAD (RPM)
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CORRIENTE
VOLTAJE
P
Q
Operar la máquina de inducción como generador con capacitores Paralelo Paralelo y Serie Acoplar la máquina de inducción jaula de ardilla (MIJA) con la máquina de corriente continua Operar la máquina de corriente continua como motor, y hacerlo funcionar a la velocidad sincrónica de la MIJA , medir el voltaje en los terminales de la máquina de inducción
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Conectar un banco de capacitores en delta a los terminales de lasa maquina de indu inducc cció ión, n, y ajus ajusta tarr las las capa capaci cita tanc ncia iass hast hastaa que que el volt voltaj ajee gene genera rado do sea sea aproximadamente 208 voltios Cone Conect ctar ar una una carg cargaa resi resist stiv ivaa en los los termi termina nale less del del gene genera rado dorr de indu inducc cció ión, n, y manteniendo la velocidad constante, incrementar la carga y medir la corriente y el voltaje terminal. Completar la siguiente tabla TABLA 2
Insertar capacitores en serio con cada una de las líneas del generador y repetir el procedimiento anterior. anterior. Completar la siguiente tabla TABLA 3
REPORTE.-
Hacer el diagrama de conexiones para cada caso Analizar los datos de la tabla 1 Con los datos de las tablas 2 y 3 dibujar para cada caso, la curva V vs I. analizar los resultados
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI A EN ELECTRICIDAD ELECTRICID AD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 9 OPERACIÓN DEL MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION OBJETIVO.-
1. Métodos Métodos de arra arranqu nque e del motor motor de inducció inducción n 2. Control Control de velocidad velocidad del motor motor de inducción inducción por resisten resistencia cia rotoricas rotoricas 3. Operación Operación como motor de inducc inducción ión con voltaje voltaje aplicado aplicado al al rotor rotor 42
4. Medici Medición ón del aislam aislamien iento to de los devan devanados ados
TEORIA:
Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta exposición a los motores monofásicos). En ambos casos, la corriente corriente de arranque arranque generalmente generalmente resulta resulta mayor que la nomi nomina nal, l, prod produc ucie iend ndo o las las pert pertur urbac bacio ione ness come coment ntad adas as en la red red de distri distribuc bución ión.. Estos Estos inconv inconveni enient entes es no son tan importa importante ntess en motor motores es pequeños, que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal. La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque. Arranque directo de motores asincrónicos con rotor en e n jaula Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensión nominal a la que debe trabajar. Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las líneas de alimentación incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se produzca una caída de tensión. La intensidad de corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8 veces mayores que la corriente nominal del motor. Su principal ventaja es el elevado par de arranque: 1,5 veces el nominal.
Control de Velocidad del Motor de Inducción •
Únicamente es posible el control de velocidad en una amplia gama con el motor motor de rotor rotor devanad devanado. o. La velocida velocidad d del motor jaula jaula de ardilla puede cambiarse únicamente en unos cuantos pasos Mediante variación de frecuencias.
•
Mediante variación de polos. Suponiendo una frecuencia de línea constante, puede obtenerse la variación de la velocidad en pocos pasos variando el número de polos del motor, ya que, de acuerdo con la ecuación. n s
=
120 f
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p
Los arroll arrollamie amiento ntoss especia especiales les son capace capacess de produ producir cir difere diferente nte número número de polos polos por un reagr reagrupa upamien miento to de bobina bobinas. s. El arrollami arrollamiento ento más común de esta esta clase es el de la relación de polos 1: 2. Un arrolla arrollamiento miento semejant semejante e para 4 y 8 polos polos con f = 60 Hertz produce dos velocidades síncronas de 1600 y 900 rpm, respectivamente. •
Mediante resistencia incorporada al circuito del rotor. rotor. Cual Cualqu quier ier líne línea a paral paralel ela a al eje de las absci abscisas sas corr corresp espon onde de a la regulación regulación de la velocidad velocidad a par motor constante. Supóngase Supóngase que un motor de rotor devanado tiene que manejar un molino que requiere un par motor constante a velocidad variable. A las velocidades más elevadas el motor funciona en su curva natural par motor-velocidad (Curva I, rext' = 0), y un punto fijo sobre esta curva corresponde al par motor requerido. Sea el deslizamiento en este punto s1 la relación rt'/s para este punto es entonces igual a r2'/s1. Si se cambia ahora la resistencia (r2' + rext')/s2 del rotor, el motor asume automáticamente un desl desliz izam amie ient nto o de s2' s2' de tal tal magn magnit itud ud que que la relac elació ión n (r2' (r2' + rext')/s2, es igual r2'/s1, debido a que el valor fijo del par motor corresponde a una relación fija de rt'/s. Puede obtenerse de este modo la velocidad variable por medio de una resistencia en el circuito del rotor.
•
Mediante variación de la tensión al circuito del rotor. rotor.
•
Mediante grupos de regulación espacial. a) Exci Excita tatr triz iz de Leb Lebla lanc nc b) Sist Sistem ema a Kräm Krämer er c) Sist Sistem ema a Scher Scherbi bius us d) Moto Motorr Sch Schra rage ge 44
•
Mediante la doble alimentación.
•
Mediante control electrónico.
PROCEDIMIENTO.Arranque a tensión Únicamente es posible el control de velocidad en una amplia gama con el motor de rotor devanado. La velocidad del motor jaula de ardilla puede cambiarse únicamente en unos cuantos pasos grandes. Arrancar el motor a voltaje nominal y reducido en vacio, medir la corriente de arranque, (utilizar de ser necesario los autotransformadores variables que existen en el laboratorio de maquinaria eléctrica). V. nom. ( V.)
V. red. (
V.)
V. red. (
V.)
V. red. (
V.)
I arranque (amp) Realizar un arranque estrella-delta Control de velocidad por resistencia rotóricas Cambiar el rotor jaula de ardilla de la máquina de inducción i nducción por rotor devanado Realizar el control de velocidad de la máquina de inducción de rotor devanado utilizando el método de control mediante resistencia en el circuito del rotor para tres valores de resistencia, para cada paso media la velocidad. Resist. Alta
Resist. Media
Resist. Baja
Velocidad (rpm) Real Realiz izar ar la alime aliment ntac ació iónn de volt voltaje aje por por el deva devana nado do del del roto rotorr y real realiz izar ar la cone conexi xión ón correspondiente en el estator de manera que gire Medir el aislamiento de los devanados de la máquina de inducción REPORTE.Dibujar los diagramas de conexiones para cada uno de los casos. Analizar los valores medidos
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI A EN ELECTRICIDAD ELECTRICID AD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 10 MAQUINA SINCRONICA: PARAMETROS Y OPERACION OBJETIVO.-
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1. Determine los parámetros de la maquina sincrónica. 2. Obtener Obtener las curvas curvas de: saturació saturación, n, corto circuit circuito, o, curva de carga carga de factor factor de potencia potencia cero. 3. Construir el triangulo de Potier. Calcular las reactancias de dispersión, y sincrónicas de eje directo y eje en cuadratura. Determinar la RCC saturada y no saturada. 4. Procedimiento para el arranque de un motor sincrónico. 5. Obtener las curvas V de un motor sincrónico en vacio. TEORÍA: PROCEDIMIENTO.1.- Curva en vacio
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Conecte la maquina a.c KATO KATO para que funcione como generador generador sincrónico como se muestra muestra la figura. Acople Acople la máquina de corriente corriente continua continua para que trabaje como primo motor. Coloque el reóstato de campo de la maquina c.c en la posición de mínima resistencia y el reóstato de la maquina sincrónica en la posición de máxima resistencia. Arranque el motor de corriente continua y ajuste su velocidad a 1800 rpm Con el estator de la maquina sincrónica en circuito abierto (vacio) empiece a aumentar su corriente de campo y para estos valores anote los respectivos valores de voltaje generado. Registre los datos en la tabla 1
TABLA #1 CURVA EN VACIO Voltaje Generado Corriente
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de Camp 2.- Curva de Cortocircuito
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Con las maquinas armadas armadas en la parte 1, 1, cortocircuite los terminales de armadura armadura de la maquina sincrónica. Arranque el primo motor y llévelo a 1800 rpm. Empiece a aumentar la corriente de campo de la maquina sincrónica mediante su reóstato. Para cada paso de corriente de campo mida la corriente de cortocircuito en la armadura. Anote los datos en la tabla 2.
Nota: la máxima corriente de corto circuito debe ser la corriente nominal del motor sincrónico.
Tabla N° 2 CUR CU RVA DE COR CO RTOCIRCUITO TOCIRCUI TO Corriente de Cortocircuito Corriente de Campo
3.- Curva de carga a factor de potencia cero
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Conecte las maquinas del grupo KATO como se muestra en la figura, adicionando una carga puramente inductiva al generador sincrónico y obtener así un factor de potencia cero. Arranque el motor de c.c. y ajuste su velocidad hasta llegar a las 1800 rpm. Ajuste la carga y la corriente de campo de la maquina sincrónica hasta obtener voltaje nominal en la carga y una corriente de armadura igual a la nominal. Tome estos valores de corriente de armadura y la velocidad constantes al variar la carga inductiva. Varié la corriente de campo disminuyéndola. Tome los valores de corriente de campo y voltaje terminal en cada paso y anótelos en la tabla 3. Siempre mantenga la corriente de armadura y la velocidad constantes al variar la carga inductiva. Mida la resistencia de armadura por fase por cualquier método. Tabla N° 3 Curva de Carga a Fp = 0
Voltaje Terminal Corriente de Campo Ia constante = Ra= Determine los factores de efectividad Cd y Cq de la maquina sincrónica
4.- Realizar el arranque de un motor sincrónico
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Conecte la maquina a.c. KATO KATO para que opere como co mo un motor sincrónico como muestra la figura (en esta parte de la practica no conecte la máquina de corriente continua). Los arrollamientos de todos los medidores deben ser cortocircuitados durante del arranque. Con el reóstato de campo en su valor de máxima resistencia y con el interruptor del campo en la posición “Funcionamiento Sincrónico “aplique aproximadamente 100 Vdc al circuito de campo, ajuste mediante el reóstato la corriente de campo a un valor igual al nominal, luego cambie la posición del interruptor de campo a “ Arranque Inducción” Arranque el motor y una vez que alcanza su máxima velocidad como motor de inducción, cambie la posición del interruptor de campo a “Funcionamiento Sincrónico” el motor alcanzara su velocidad sincrónica.
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Mida la velocidad, la corriente de campo, la corriente de armadura ar madura y la potencia.
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Obtener la curva V de un motor sincrónico sin carga
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Continuando con el procedimiento anterior, anterior, vale la corriente de campo campo y observe como varia la corriente de armadura. Varie la corriente de campo desde un mínimo hasta un máximo, y para cada paso mida la corriente de armadura. Cuide siempre que ambas corrientes no sobrepasen sus valores nominales. Anote sus datos en la tabla 4 TABLA N° 4
Corrient e de Campo Corrient e de armadura
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REPORTE.Construir el triangulo de Potier a partir de las curvas obtenidas de los datos de las tablas 1,2 y 3 Calcular la reactancia de dispersión en ohmios y por unidad. Calcular la reactancia sincrónica de eje directo en ohmios y por unidad. Calcular la reactancia sincrónica de eje en cuadratura en ohmios y por unidad Calcular las relaciones de cortocircuito saturada y no saturada. Dibuje el circuito equivalente de la maquina sincrónica. En una hoja tamaño A3 dibuje el diagrama de circulo de la l a maquina sincrónica. Con los datos de la tabla N° 4, grafique corriente de campo de la abscisa vs corriente de armadura en la ordenada (curva V del motor sincrónico sin carga). Indique cómo se comporta co mporta el motor para valores anteriores y posteriores al punto mínimo de la curva. PREGUNTAS
1. ¿Qué relación existe entre la reactancia sincrónica de eje directo y la relación de cortocircuito? 2. ¿Por qué qué es necesari necesarioo que la curva curva de carga carga sea sea a factor factor de potencia potencia cero cero para const construir ruir el triangulo de potier?
3. ¿Cuándo se dice que la maquina sincrónica funciona como un capacitor? 4. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la maquina sincrónica frente a la máquina de inducción? 5. ¿Por qué un motor sincrónico debe arrancar como maquina de inducción? 6. ¿Qué es un condensador sincrónico y para que es usado?
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI A EN ELECTRICIDAD ELECTRICID AD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 11 SINCRONIZACION DE GENERADORES OBJETIVO.-
1. Control Control de frecuencia frecuencia y voltaje voltaje en un generador generador síncrono síncrono independiente con carga 2. Conexión Conexión en paralelo paralelo de dos dos generadores. generadores. Conexión Conexión de equipos equipos de sincronización. Reparto de carga, control de P y Q. 3. Sincronizac Sincronización ión de generadores generadores con con la barra infinita infinita.. Reparto Reparto de carga, carga, control de P y Q. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS • • • • • • • • • • • • • •
1 Grupo KATO de 3KVA 1 Grupo Kato de 1KVA 2 Maquinas Universales Hampdem (fuentes) 2 Variac 2 Rectificadores 1 Frecuencímetro 1 Sincronoscopio 1 Equipo de Lámparas de sincronización 1 Vatímetro 2 Voltímetros 1 Amperímetro de gancho 1 Arrancador 1 Banco de resistencias Cables
PROCEDIMIENTO.-
Arrancar un generador sincrónico y realizar control de frecuencia y voltaje
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Conectar la maquina KATO de 3KVA como generador síncrono, tal como indica la figura 1 el primo motor es una máquina de corriente continua de excitación separada, y su bobina de campo se alimenta a través de un Variac, por medio del cual se realiza el control de velocidad. El campo de la maquina sincrónica es alimentado con 110 Vcc y la corriente de campo se controla por medio de la resistencia de campo. campo. Las bobinas bobinas del estator estator se las conecta para que generen 208 V. trifásicos Haga funcionar el conjunto de tal manera que el generador comience a generar. ¿Cómo controla el voltaje generado? ¿Cómo controla la frecuencia del voltaje? Conectar una carga al generador y ajustar el voltaje en 208 V y la frecuencia en 60 Hz. Si la carga aumenta ¿Qué ocurre con el voltaje y la frecuencia? ¿Qué acciones debe realizar para mantener el voltaje y la frecuencia constantes? Conectar dos generadores sincrónicos en paralelos Conectar la maquina KATO de 1KVA de la misma manera que se describe en el punto 1.1 y arrancarla en vacio. Realizar Realizar las conexiones conexiones de los elementos de sincronizac sincronización ión (luces de sincronización, sincronoscopio, frecuencímetro) tal como se muestra en la figura 2
Con ayuda de los elementos de sincronización, realice los ajustes necesarios para que se cumplan todas las condiciones para conectar ambo amboss gene genera rado dorres en paral aralel elo o. Una Una vez vez veri verifi fica cad das esta estass condiciones, conecte los generadores en paralelo mediante el cierre del breaker dispuesto para el efecto.
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Realizar transferencia de carga entre dos generadores en paralelo una vez conectado los generadores en paralelo, tome las acciones nece necesar saria iass para para que que la carg carga a se repa repart rta a entr entre e los los gene generad rador ores. es. Observe lo que ocurre con el voltaje y la frecuencia al variar la carga ¿Cómo mantiene constante el voltaje y la frecuencia? Sincronización de generadores con la barra infinita Al circuito de la figura2, añadir una conexión con la barra infinita a través de instrumentos de sincronización Sincronizar el generador de 3KVA con la barra infinita Haga que el generador de 3KVA tome carga con factor de potencia en adelanto y en atraso de la barra infinita ¿Cómo logra esto para cada carga?
REPORTE.-
Presente los diagramas de todas las conexiones realizadas Tabule todos los valores de voltaje de campo, corriente de campo, voltaje generado, generado, frecuencia, frecuencia, corriente corriente de carga, carga, etc obtenidos en el desarrollo desarrollo de la práctica. PREGUNTAS.-
¿Cuál ¿Cuáles es son las las cond condic icio ione ness que que se debe deben n cump cumpli lirr ante antess de cone conect ctar ar generadores e paralelo? ¿Qué se debe hacer para controlar la frecuencia y el voltaje generador? Exponga el fundamento teórico. ¿Qué se debe hacer para controlar el flujo de potencia activa y reactiva entre generadores en paralelo? Exponga el fundamento teórico.|
BIBLIOGRAFIA.-
TEORIA DE LAS L AS MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA, ALTERNA, A. LANGSDORF. LANGSDORF. MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERA, ALTERA, M. LIWSCHITZ. TRANSFORMADORES DE POTENCIA, DE MEDIDA Y DE PROTECCION, ENRIQUE RAS.
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